青少年单手肩上投篮技术动作的生物力学分析

李涛

前言

篮球运动是当今社会较普遍、较热门的大众体育运动，而青少年篮球运动更是我国篮球运动发展的根基，它涵盖了跑、跳、投等多种身体运动形式，且运动量较大。其中投篮是篮球运动中一项关键性技术，也是唯一的得分手段。进攻队员和防守队员通过一些技战术的配合，都是为了创造机会投篮得分或阻挠对方投篮得分。随着篮球运动的发展，运动员身高、身体素质及技术水平的提高，促使投篮技术不断发展：出手部位由低到高，出手速度由慢到快，投篮方式越来越多，命中率不断提高。因此投篮技术直接影响了命中率的高低。那么，为了使青少年掌握正确的投篮技术，根据理论分析法对篮球运动中单手肩上投篮技术动作进行分析。

一、投篮姿势的生物力学分析

根据解剖学和力学原理的分析，正确的基本站立姿势是：两脚左、右或前后开立，约与肩同宽，投篮臂的同侧脚前出，两膝微屈，使屈裸股与伸膝肌保持适宜的张力。两脚平行朝向球篮，上体略含胸，敛腹，使伸臂肌略被拉长，贮备了弹性势能。头部正直。面对球篮，颈肌不要度紧张，身体重心平稳地落在两脚支撑面的中心处，这种基本站立姿势，有两方面的用意：其一，由于重心和支撑面的合理确定，可以为投篮动作建立一个稳固的力学条件，同时从下肢到躯干的各环节部位均处于像压缩了的弹簧一样的状态，可以获得足够的力量来源；其二，可以使下肢和躯干的诸环节均垂直于地面做屈伸运动，因而，每个环节向上伸展所产生的惯性力都能作用在总重心所落的支撑面内。

二、投篮手关节的力学分析

为使球出手后有一定的抛物线弧度，当球离开手的瞬间，整个躯干要做到充分伸展使其出手点高。在球体将要出手时要求人体各有关的关节周围肌肉，部充分地被拉长。在投篮出手时还会产生一种向前上方运动（由前踞肌、胸小肌，斜方肌参加工作），就是增加一个关节面对另一个关节面的压力，从而产生一个向前上动作。按照力的表示公式，力等于质量乘加速度，也就是F=ma。因为在投篮的过程中球的重量不变，仍然为600g或者650g，故力的大小主要取决于加速度的大小。如果在投篮时把整个上肢充分地伸直，像一根杠杆，支点位于肩关节，就会使肩韧带向前上和肱骨向前上运动的肌肉收缩加快而有力。这样，位于杠杆远侧端的手指获得的加速度就大，球出手时的力量也能充分用上了。所以，在屈腕的同时，中、食指末端用力拨送出去是符合人体运动力学原理的。中、食指的指骨和掌骨是最长的，所以，工作距离也是最长的，球从此处拨出去，有利于加快球体的飞行速度和命中球篮的准确度。

三、投篮中球的旋转的生物力学研究

1.篮球后旋的力学分析

肘内收，正对篮能充分使持球手的指尖向上。投篮技术动作的关键是手指、手腕的最后用力，投球后触球。最后离开的手指是中指、食指。由于食指、中指持球出手后指尖对篮球有拨球动作，使球产生后旋转。这是因为转动的物体有保持旋转轴方向不变的作用，也就是我们所说的定向作用，是转动惯性的一种表现。后旋球不仅能有一个稳定的不偏向左右的正直的与人体矢状面一致的运行路线，旋转中的球在介质空气中运行，会遵守流体力学原理，此现象可用马格努斯效应原理解释。球在空中旋转飞行时，球体上部空气的环流速度u→1与来流速度v→方向相同，球体上部空气的速度为v→+u→1，其大小为本v+u1；球体下部环流速度u→2与来流速度v→方向相反，球体下部空气的速度为本v+u→2，其大小为本v-u2；根据马格努斯效应原理旋转球下部所受空气的压强大于球上部所受的压强，压力差克服重力，使球在前进中不断地获得一个升力向上。在90°角以内，篮球的入网角度越大，入网率越高，故能使球垂直下落入网率应最高。因此在飞行中的球有向上的运动趋势，投篮时在相同出手角度的情况下，后旋球受一种向上的合压力，故能保持更高的弧线，相反不旋转的球运动轨迹则与上不同。

2.篮球前旋的力学分析

篮球在空中前旋主要是由于在投篮时，运动员下肢蹬地的力量、腰腹力量和上肢力量借助人体机械链条的传递，通过腕部前屈，最后食指作用于球体的前下部（食指对球的作用点位于球体的冠状轴之后）而产生的，主要出现于行进间低手投空心球及投打板球。篮球前旋在投篮中作用及力学机制。球的前旋有利于快攻，笔者在实验观察中发现运动员在投篮中使用同样的力量时，篮球的移动速度的大小依次是前旋球、不旋球和后旋球，但是球的飞行距离、弧度的大小却恰好相反，所以在篮球比赛的快攻中运动员常常采用行进是低手投篮就时利用前旋球的速度快的特点。

四、投篮臂动作的力学分析

充分伸展投篮的手臂，能使球离手前对球的控制时间长，有利于控制球的飞行，并提高出手点。根据一些研究表明：迅速地伸直投篮臂，有利于加快投篮的动作速度。依据力学的动量原量，物体在外力冲量（F·T）作用下，物体的动量（MV）要改变，物体动量改变的量就等于在同一时间内物体所受外力的冲量。即Ft=m（Vt-V0）

运动员在任何一定距离内的投篮，全身作用于球体的合力（F）可视为是一定的，球离手前，球体相对于人体的初速度（V0）可看作零。

由上式中：V0=0，则Vt=Ftm从式中可以看出，球出手的速度（Vt）与冲量（Ft）成正比，与球的质量（m）成反比。又得知式中作用球体的合力（F）和球体的质量（m）一定，故增加对球的作用时间（t）可增加球的出手速度。投篮臂的充分伸直也正是增加了对球的作用时间（t）。

再由公式：S=12at2 V=at得V=2St从中得出：球的出手速度（V）与对球的工作距离（S）成正比，与对球的作用时间（t）成反比。投篮时投篮臂迅速充分地伸直，使对球的工作距离（S）达到最大值，有利于对球的控制，提高了出球点。由于对球的工作距离一定，迅速地伸直手臂，以最短时间通过一定的距离，提高了投篮的动作速度。

五、小结

（1）投篮技术含有人体运动的多种规律，其中单手肩上投篮既符合人体解剖结构和运动学，动力学方面的特征，又符合生物力学原理。

（2）教练员在针对青少年的基础训练阶段，要充分利用投篮技术的力学因素，积极探索和运用投篮命中率的科学规律，要重视各环节技术的功能作用与协调运作关系，并注意发挥各环节技术的综合效应。

（3）建议篮球运动教学训练应以投篮技术为中心，带动其它技术的全面发展，加强队员的心理与作风训练，也有助于打牢青少年篮球运动员的基本功，并提高在比赛中的准确投篮能力。